Caisson insonorisé pour imprimante 3D à partir de meubles IKEA
Sommaire
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Pourquoi insonoriser une imprimante 3D ?
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Solution pour insonoriser une imprimante 3D et réduire ses vibrations
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Ventilation du caisson et refroidissement des composants électroniques de l'imprimante 3D
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Mesure du bruit de l'imprimante 3D après les mesures de réduction du bruit
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Optimisation de l'espace intérieur du caisson insonorisé de l'imprimante 3D
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Autres informations utiles
Pourquoi insonoriser une imprimante 3D ?
J'ai installé une Bambu Lab A1 dans un meuble de cuisine IKEA METOD standard, revêtu les parois d'isolant acoustique automobile et ajouté une ventilation silencieuse avec des ventilateurs Noctua. Résultat : 36.5 dB(A) à une distance de 1 m lors de l'impression à pleine vitesse, pour un bruit de fond de 35.3 dB(A) dans l'appartement. À titre de comparaison, le fabricant annonce 48 dB(A) en mode Silent sans caisson.
Bambu Lab A1 est une imprimante très rapide et en même temps silencieuse (si ce n'est pas la plus silencieuse) par rapport à ses concurrentes et aux modèles supérieurs de Bambu Lab. Le fabricant annonce un niveau de 48 dB(A) après l'étalonnage du bruit et des vibrations de l'imprimante et l'activation du mode Silent.
Dans mon cas, l'imprimante se trouve dans une pièce à vivre. Son fonctionnement silencieux et rapide était donc un critère essentiel lors de l'achat.
Le mode Silent réduit effectivement le bruit pendant l'impression, mais diminue aussi la vitesse d'impression de 50%. Parmi ses effets positifs, il faut noter une amélioration de la qualité d'impression.
Le ventilateur fait également beaucoup de bruit lors de l'impression des supports.
Mais même en mode silencieux, le bruit de l'imprimante restait trop élevé pour moi : il me déconcentrait lorsque je lisais ou regardais la télévision.
J'aurais pu imprimer la nuit, porte fermée et en mode silencieux, mais ce n'est pas pratique. Je n'ai pas acheté une imprimante rapide pour imprimer lentement : il fallait donc résoudre ce problème de bruit.
Un caisson fermé pour l'imprimante présente également les avantages suivants :
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Il élimine les courants d'air, qui peuvent nuire à la qualité d'impression en réduisant l'adhérence et en provoquant le décollement des coins (warping).
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Il limite aussi l'accumulation de poussière sur l'imprimante, surtout sur l'extrudeur. Avec le temps, celle-ci peut l'obstruer et nécessiter un nettoyage par cold-pull, qui n'est pas des plus simples.
Solution pour insonoriser une imprimante 3D et réduire ses vibrations
À première vue, la solution pour insonoriser l'imprimante est simple : il suffit de la placer dans un meuble fermé de tous les côtés. Le point délicat, c'est que je voulais utiliser uniquement des meubles IKEA standard, car faire fabriquer un meuble spécialement pour l'imprimante dépassait mon budget.
Je voulais aussi créer une solution que d'autres pourraient reproduire, ce qui imposait d'utiliser des éléments de mobilier aussi standard et accessibles que possible.
Le meuble devait également être compact, car je dispose de très peu d'espace libre dans mon appartement.
Choix du meuble
Après avoir étudié le catalogue IKEA, j'ai constaté qu'aucun de leurs meubles entièrement fermés ne convenait à cause de leurs dimensions (profondeur intérieure maximale de 53.5cm). Le plateau de l'imprimante se déplace et il faut aussi prévoir de la place derrière elle pour brancher les câbles. Il manquait littéralement quelques centimètres. Orienter l'imprimante dans la longueur du meuble (en la tournant de 90 degrés) aurait rendu son utilisation peu pratique. Je devais aussi placer à proximité le système AMS Lite pour l'impression multicolore.
Une recherche sur Reddit m'a conduit à un post présentant une excellente idée : utiliser des meubles de la gamme de cuisine IKEA METOD qui sont justement un peu plus profonds que les meubles ordinaires (pour le marché américain, on peut utiliser une gamme très similaire, SEKTION, légèrement moins large mais de même profondeur). L'inconvénient d'un meuble bas de cuisine pour cet usage est l'absence de « toit » sur les caissons de cette gamme IKEA METOD. Ces meubles sont conçus pour recevoir un plan de travail commun sur mesure, solution à la fois coûteuse et longue à réaliser (fabrication à la demande).
Mais les dimensions du meuble (80x60x80cm, profondeur intérieure de 58cm) convenaient parfaitement à mon projet. Je l'ai donc choisi comme base de mon futur caisson insonorisé.
J'ai choisi pour ce meuble des portes vitrées IKEA ENKÖPING (40x80cm) afin de pouvoir surveiller visuellement l'impression.
J'ai aussi acheté pour les portes 2 lots de 2 charnières IKEA UTRUSTA à 110° et 1 lot de 2 poignées en acier IKEA KALLRÖR de 213mm (dont l'installation nécessite de percer les portes).
Pour obtenir une insonorisation maximale, le meuble seul ne suffisait pas. J'ai donc acheté en plus des plaques (6 pièces de 70x50cm) d'isolant acoustique automobile en caoutchouc butyle (Alubutyl), que j'ai collées sur toutes les surfaces du meuble, portes comprises, à l'exception du verre.
Pour atténuer davantage les bruits de basse fréquence et les vibrations, j'ai placé sous l'imprimante un sandwich de deux matériaux de densités différentes : du caoutchouc comprimé et de la mousse. Je l'ai enveloppé dans un film épais parce que le caoutchouc dégageait une odeur.
Pour l'insonorisation, il est considéré plus efficace de placer la couche la plus dense du sandwich vers le haut.
J'ai résolu la question du « toit » en installant une porte toute simple, sans relief IKEA VEDDINGE (60x80cm), dont les dimensions convenaient parfaitement. Je l'ai fixée avec 4 vis (12-15mm) aux rails métalliques du meuble, percés pour recevoir le panneau supérieur.
J'ai également acheté une étagère IKEA UTRUSTA (80x60cm) (lot de 2) et installé l'une des tablettes dans la partie basse du meuble. L'imprimante se trouve ainsi plus haut, ce qui facilite son utilisation, et le compartiment créé permet de ranger les accessoires et le filament tout en cachant les câbles.
J'ai posé la seconde tablette au sol pour améliorer l'insonorisation et surélever légèrement tout le meuble.
Pour l'insonorisation, j'ai aussi utilisé un matériau non tissé IKEA STOPP FILT: j'en ai posé une couche au sol, une autre entre la tablette posée au sol et le meuble, ainsi qu'une couche sur la tablette intérieure.
J'ai également ajouté 1 plaque d'isolant acoustique automobile entre la tablette posée au sol et le meuble.
J'ai tourné le panneau arrière du meuble de 180° (ouvertures carrées vers le bas) pour cacher ces deux ouvertures derrière la tablette et les utiliser pour faire passer le câble d'alimentation.
Autre élément d'insonorisation : un joint en caoutchouc TESA à profil en E posé sur le pourtour du meuble, du côté des portes, pour supprimer les interstices entre les portes et le meuble. J'ai utilisé 3 m de profil double.
Ce qui se trouve dans le meuble
Sur la photo ci-dessous, outre l'imprimante Bambu Lab A1 et l'AMS Lite, vous pouvez voir dans le meuble les éléments suivants :
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Un cadre rectangulaire en plastique blanc sur lequel repose l'AMS Lite (lien vers le modèle)
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Un support bas gris pour l'AMS Lite (lien vers le modèle) à la place du support d'origine.
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Une dry box pour deux bobines (placée sous l'AMS Lite, à l'intérieur du cadre). Cette dry box est fabriquée à partir d'un conteneur IKEA 365+ 10.6L (lien vers le modèle).
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À gauche de l'imprimante, des panneaux blancs compatibles avec le système, imprimés et vissés à la paroi du meuble avec des vis de 3.5x25mm IKEA SKADIS (lien vers le modèle). Deux rangées de panneaux aux dimensions suivantes (largeur x hauteur) :
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première rangée : 3x7, 11x9, 11x9
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deuxième rangée : 6x11, 5x11, 7x11
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En bas, à gauche de l'imprimante, une petite corbeille pour les déchets d'impression qui ne masque pas les ouvertures de ventilation du boîtier (lien vers le modèle)
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Derrière l'imprimante se trouve une étagère (lien vers le modèle) sur laquelle repose une dry box pour 1 bobine fabriquée à partir d'un conteneur Vtopmart 4L (lien vers le modèle). On peut aussi placer un séchoir actif sur cette étagère Sunlu S2, ou poser ce séchoir sur la tablette principale du meuble, devant la dry box pour 2 bobines.
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J'ai également collé au mur, derrière l'imprimante, un carré de film blanc en PTFE afin de réduire le frottement contre la paroi du meuble du câble reliant l'imprimante au hotbed.
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Les boîtes pour les petits accessoires sont installées sur un panneau compatible avec IKEA SKADIS (lien vers le modèle).
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Adaptateurs pour monter sur l'AMS Lite des bobines SUNLU/JAYO de deux types : les bobines démontables et les bobines non démontables .
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Un thermomètre-hygromètre Xiaomi est fixé dans l'angle supérieur gauche de la vitre de la porte du meuble. C'est un excellent modèle avec application mobile. J'installe ces hygromètres dans toutes mes dry boxes et je surveille l'humidité dans l'application Mi Home, qui conserve l'historique des mesures et permet de suivre leur évolution. Mes mesures de température montrent que, pendant l'impression, la température à l'intérieur du meuble n'a pas dépassé 39 °C en été et 31 °C en hiver. L'écart maximal entre la température de la pièce et celle du meuble a été de 13 °C.
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J'ai installé pour l'éclairage un ruban lumineux à diodes (LED) (4000K 90CRI) de 40cm de long. Le ruban est alimenté par trois batteries Li-Ion montées en série Liitokala 18650 avec protection BMS intégrée. Les batteries sont placées dans un support. Comme autre possibilité, je branche un ensemble de 4 batteries au format AA avec un module élévateur de tension à 12V (boost). La lumière s'allume en appuyant sur un bouton inséré dans le circuit entre le ruban LED et sa source d'alimentation. Le ruban LED est monté sur deux rails inclinés à 45° (lien vers le modèle). J'ai imprimé les rails en PETG, car le PLA se ramollit lorsque la température augmente. J'ai dû modifier le modèle d'origine des rails (hauteur de 12mm et largeur de 12mm), car le ruban LED entrait trop difficilement dans leurs rainures.
À l'extérieur du meuble, sur la droite, j'ai installé un support pour les plateaux d'impression (lien vers le modèle).
Sur le meuble (visible sur la première photo, au début de l'article), j'ai installé 2 supports de bobines prévus chacun pour 6 bobines. On peut encore placer 6 bobines de plus sur chacun (lien vers le modèle).
Ventilation du caisson et refroidissement des composants électroniques de l'imprimante 3D
Même pendant les impressions longues de plus de 9 heures, la température du caisson insonorisé ne dépassait pas celle de la pièce de plus de 13 °C. J'ai néanmoins décidé d'améliorer le meuble par les modifications suivantes :
Ventilateurs
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j'ai installé un ventilateur Noctua NF-A6x25 (60x25mm 12V) sur l'ouverture située dans l'angle inférieur gauche du meuble, après l'avoir agrandie. Le ventilateur est monté sur une plateforme (lien vers le modèle). J'ai fixé le ventilateur à la plateforme avec 2 boulons M3x12mm. J'ai utilisé 2 boulons au lieu de 4 afin de placer la plateforme au ras de la paroi, sans interstice laissant passer l'air.
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j'ai installé 3 ventilateurs Noctua NF-A4x20 (40x20mm 12V) sur le boîtier de l'imprimante, à proximité de ses ouvertures de ventilation : un en aspiration (à droite) et deux en extraction (à gauche). Les ouvertures de gauche étant plus larges, j'y ai installé 2 ventilateurs. J'ai placé les ventilateurs d'extraction à gauche pour éviter qu'ils aspirent des déchets d'impression, car c'est de ce côté que se trouvent la corbeille et la zone de nettoyage de la buse. Les ventilateurs sont vissés (avec les vis fournies dans leurs boîtes) sur une plateforme (lien vers le modèle) qui est elle-même fixée à l'imprimante. J'ai monté un capot de protection sur le ventilateur d'aspiration (à droite de l'imprimante) (lien vers le modèle) fixé avec 4 boulons M3x10mm. L'installation de deux ventilateurs sur le côté gauche a nécessité de réduire la taille de la corbeille à déchets. Le modèle modifié correspondant a été publié dans un profil distinct ici.
J'ai choisi les ventilateurs Noctua pour leur débit élevé et, surtout, leur faible bruit. Ce dernier point est déterminant pour mon projet d'insonorisation de l'imprimante.
À pleine puissance, le fonctionnement des Noctua NF-A4x20 est totalement inaudible lorsque les portes du meuble sont fermées et que l'imprimante fonctionne. Le bruit du Noctua NF-A6x25 se remarque en revanche, car il expulse l'air hors du meuble. Pour réduire le bruit du Noctua NF-A6x25 , je l'ai branché au moyen de l'adaptateur L.N.A. (Low Noise Adapter) fourni avec le ventilateur. Cet adaptateur L.N.A. réduit la puissance, la vitesse de rotation (et le débit) d'environ 1/3, mais diminue sensiblement le bruit. J'ai ainsi conservé le même niveau sonore qu'avant l'installation des ventilateurs à 1 m du meuble : 36.5 dB(A). À 2 m, la hausse du bruit n'est que de 0.4 dB(A) par rapport à la configuration sans ventilateurs : 36.32 dB(A).
Alimentation et mise en marche automatique
Tous les ventilateurs sont reliés entre eux par des câbles répartiteurs en Y et une rallonge. Tous les câbles et répartiteurs nécessaires étaient fournis avec les ventilateurs. Si vous ne comptez pas utiliser des ventilateurs Noctua, vous aurez peut-être besoin d'adaptateurs et de rallonges.
Les ventilateurs sont alimentés en 12V par un adaptateur AC-DC.
J'ai également utilisé un adaptateur DC 5521pour relier les ventilateurs à l'adaptateur AC-DC.
Pour que les ventilateurs s'allument lorsque la hausse de température le rend le plus nécessaire, j'ai déplacé le thermomètre-hygromètre Xiaomi Mijia Bluetooth 2 fixé sur la vitre du meuble en face des ventilateurs d'extraction. Dans l'application Mi Home, je l'ai associé à la prise connectée Xiaomi Smart Plug 2 Wi-Fi à laquelle est branché l'adaptateur AC-DC d'alimentation mentionné plus haut, selon les scénarios suivants :
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à 33 degrés : allumer la prise connectée
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à 32 degrés : éteindre la prise connectée
Les ventilateurs ne s'allument donc que lorsque la température définie est atteinte, ce qui se produit pendant le fonctionnement de l'imprimante. Grâce à la condition d'arrêt, ils s'éteignent après l'impression, lorsque l'air près de l'imprimante refroidit. J'ai déterminé empiriquement ces seuils d'activation et d'arrêt pour mes conditions. Les vôtres peuvent nécessiter d'autres valeurs, car elles dépendent de l'isolation thermique du meuble, de l'emplacement des ventilateurs et du thermomètre, des conditions d'impression et de la thermistance intégrée au thermomètre.
Les nombreuses possibilités de configuration des scénarios pour les « appareils connectés » Xiaomi permettent aussi de programmer leur activation et leur arrêt, de les commander à distance et de suivre l'humidité et la température dans l'application Mi Home.
La puissance totale mesurée des ventilateurs sous 12V était de 1.7W, dont :
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Noctua NF-A4x20 - 0.4W x3
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Noctua NF-A6x25 - 0.5W (branché au moyen d'un adaptateur L.N.A. pour réduire la vitesse de rotation et donc le bruit)
Conclusions sur la ventilation :
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Le ventilateur qui extrait l'air du meuble Noctua NF-A6x25 fonctionnant à puissance et à bruit réduits (adaptateur L.N.A.) abaisse la température générale à l'intérieur du meuble de 1.4 °C. Si son bruit ne vous gêne pas, je recommande de l'utiliser sans adaptateur L.N.A. Il est impossible d'installer un ventilateur plus grand sous la tablette : 60mm est la taille maximale.
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Les 3 ventilateurs Noctua NF-A4x20 sont installés pour refroidir la carte mère de l'imprimante en assurant la circulation de l'air. Leur installation est pertinente, car l'air expulsé est 9 °C plus chaud que l'air à l'intérieur du meuble. Cette solution réduit assurément le risque de surchauffe des composants internes de l'imprimante.
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Les conclusions sur l'évolution du bruit après l'installation des ventilateurs figurent plus bas.
Mesure du bruit de l'imprimante 3D après les mesures de réduction du bruit
J'ai mesuré le bruit de l'imprimante en marche avec un appareil UNI-T UT353BT. J'ai effectué les mesures par intervalles de 10 minutes et relevé la valeur moyenne. Pendant les mesures, je me trouvais dans une autre pièce. Les niveaux sonores relevés par l'appareil étaient transmis par Bluetooth à une application sur mon smartphone.
Résultats des mesures à 1 m :
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mode d'impression standard : 36.5 dB(A)
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mode d'impression standard avec les 4 ventilateurs en marche : 36.5 dB(A) (niveau sonore inchangé)
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mode d'impression silencieux : 35.77 dB(A)
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mode d'impression silencieux avec les 4 ventilateurs en marche: 36.17 dB(A) (+0.4 dB(A))
Résultats des mesures à 2 m :
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mode d'impression standard : 35.92 dB(A)
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mode d'impression standard avec les 4 ventilateurs en marche: 36.32 dB(A) (+0.4 dB(A))
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mode d'impression silencieux: 35.59 dB(A)
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mode d'impression silencieux avec les 4 ventilateurs en marche: 36.17 dB(A) (+0.58 dB(A))
Le niveau du bruit de fond dans l'appartement la nuit est de 35.30 dB(A).
Les mesures décrites ci-dessus pour réduire le bruit de l'imprimante en fonctionnement ont donc donné un excellent résultat. Dans ce caisson insonorisé, la Bambu Lab A1 peut imprimer à pleine vitesse en mode Standard. L'insonorisation remplit son rôle : à l'autre bout de la pièce, on n'entend même pas toujours si l'imprimante fonctionne, et il faut s'en approcher pour vérifier.
Optimisation de l'espace intérieur du caisson insonorisé de l'imprimante 3D
Après six mois d'utilisation du caisson insonorisé, j'ai constaté que l'espace à droite de l'imprimante n'était pas utilisé au mieux. Remplacer les bobines de filament les plus éloignées sur l'AMS Lite (numéros 1 et 4) était également peu pratique.
J'ai trouvé un modèle adapté de support pour la carte mère et le système d'alimentation en filament AMS Lite, qui peut aussi pivoter (j'ai fixé le support au plafond du meuble avec des vis de 3.5x25mm). J'ai placé les bobines de filament sur des panneaux compatibles avec IKEA SKADIS.
Cette disposition m'a permis de retirer le grand cadre qui servait de support à l'AMS Lite.
L'espace libéré m'a permis d'installer davantage de dry boxes : dans mon cas, 1 boîte pour 2 bobines et 2 boîtes pour 1 bobine chacune, visibles sur la photo ci-dessous, en plus de la dry box déjà placée sur l'étagère derrière l'imprimante. Plus tard, je suis passé à 4 boîtes pour 1 bobine chacune.
L'installation d'une nouvelle bobine et son raccordement à l'AMS Lite sont devenus beaucoup plus simples. Le support pivotant fixé au plafond du meuble facilite aussi l'entretien et permet de retirer aisément l'AMS Lite si nécessaire.
Sur les panneaux SKADIS, j'ai installé un organisateur de raccords PTFE qui, grâce à ses raccords, évite l'enchevêtrement des tubes et des brins de filament et peut, si nécessaire, alimenter l'imprimante en filament directement depuis une dry box sans contact avec l'air.
Les supports de bobines faciles à retirer sur les panneaux SKADIS offrent davantage de liberté pour réorganiser et optimiser l'espace. Par exemple, si vous utilisez surtout des dry boxes et n'avez pas besoin de 4 bobines sur le panneau SKADIS, vous pouvez utiliser l'espace libéré pour de petites étagères à accessoires.
Modèles imprimés et matériaux utilisés pour cette amélioration :
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Sur la paroi droite du meuble, des panneaux blancs compatibles avec le système, imprimés et fixés avec des vis de 3.5x25mm IKEA SKADIS (lien vers le modèle). Deux rangées de panneaux aux dimensions suivantes (largeur x hauteur) :
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première rangée : 3x7, 11x9, 11x9
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deuxième rangée : 3x10, 11x10, 11x10
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Dry box pour deux bobines fabriquée à partir d'un conteneur IKEA 365+ 10.6L (lien vers le modèle).
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Dry box pour 1 bobine fabriquée à partir d'un conteneur Vtopmart 4L (lien vers le modèle).
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Organisateur de raccords PTFE à 8 raccords (4 en haut et 4 en bas) (lien vers le modèle).
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Support de bobine pour panneau SKADIS (parallèle au panneau) (lien vers le modèle).
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Support de bobine pour panneau SKADIS (perpendiculaire au panneau) (lien vers le modèle).
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Support pour AMS Lite (lien vers le modèle). Vous aurez besoin de boulons et d'écrous M3, disponibles ici.
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Embout pour AMS Lite destiné à fixer les tubes PTFE du côté de l'alimentation en filament. (lien vers le modèle).
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Guides pour les tubes PTFE reliant l'AMS Lite à l'imprimante afin de protéger le mécanisme de l'AMS Lite (lien vers le modèle).
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Guides à bille pour le filament, permettant d'organiser facilement son trajet (lien vers le modèle)
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Support pour tournevis à six pans (lien vers le modèle)
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Support pour tournevis à douille (lien vers le modèle)
L'optimisation de l'espace décrite ci-dessus a grandement simplifié l'utilisation de l'imprimante et de l'AMS Lite. Je vous recommande également de la réaliser.
Autres informations utiles
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Je vous recommande de consulter la page consacrée à l'impression 3D: elle contient de nombreuses informations pertinentes et des liens vers des articles utiles, des améliorations de l'imprimante et des accessoires.
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Si vous débutez, consultez la page « Impression 3D : démarrage rapide ».
Vous trouverez peut-être aussi utiles des informations détaillées sur les technologies et normes de recharge rapide par port USB.